Linux 查看进程消耗内存情况总结

在Linux中，有很多命令或工具查看内存使用情况，今天我们来看看如何查看进程消耗、占用的内存情况，Linux的内存管理和相关概念要比Windows复杂一些。在此之前，我们需要了解一下Linux系统下面有关内存的专用名词和专业术语概念： 

物理内存和虚拟内存 

物理内存：就是系统硬件提供的内存大小，是真正的内存，一般叫做内存条。也叫随机存取存储器（random access memory，RAM）又称作“随机存储器”，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。 

虚拟内存：相对于物理内存，在Linux下还有一个虚拟内存的概念，虚拟内存就是为了满足物理内存的不足而提出的策略，它是利用磁盘空间虚拟出的一块逻辑内存，用作虚拟内存的磁盘空间被称为交换空间（Swap Space）。Linux会在物理内存不足时，使用虚拟内存，内核会把暂时不用的内存块信息写到虚拟内存，这样物理内存就得到了释放，这块儿内存就可以用于其他目的，而需要用到这些内容的时候，这些信息就会被重新从虚拟内存读入物理内存。 

Linux的buffers与cached

在Linux中经常发现空闲的内存很少，似乎所有的内存都被消耗殆尽了，表面上看是内存不够用了，很多新手看到内存被“消耗殆尽”非常紧张，其实这个是因为Linux系统将空闲的内存用来做磁盘文件数据的缓存。这个导致你的系统看起来处于内存非常紧急的状况。但是实际上不是这样。这个区别于Windows的内存管理。Linux会利用空闲的内存来做cached & buffers。 

buffers是指用来给块设备做的缓冲大小（块设备的读写缓冲区），它只记录文件系统的metadata以及 tracking in-flight pages.

Buffers are associated with a specific block device, and cover caching of filesystem metadata as well as tracking in-flight pages. The cache only contains parked file data. That is, the buffers remember what’s in directories, what file permissions are, and keep track of what memory is being written from or read to for a particular block device. The cache only contains the contents of the files themselves.

cached是作为page cache的内存, 文件系统的cache。你读写文件的时候，Linux内核为了提高读写性能与速度，会将文件在内存中进行缓存，这部分内存就是Cache Memory(缓存内存)。即使你的程序运行结束后，Cache Memory也不会自动释放。这就会导致你在Linux系统中程序频繁读写文件后，你会发现可用物理内存会很少。其实这缓存内存(Cache Memory)在你需要使用内存的时候会自动释放，所以你不必担心没有内存可用

Cached is the size of the page cache. Buffers is the size of in-memory block I/O buffers. Cached matters; Buffers is largely irrelevant.

Cached is the size of the Linux page cache, minus the memory in the swap cache, which is represented by SwapCached (thus the total page cache size is Cached + SwapCached). Linux performs all file I/O through the page cache. Writes are implemented as simply marking as dirty the corresponding pages in the page cache; the flusher threads then periodically write back to disk any dirty pages. Reads are implemented by returning the data from the page cache; if the data is not yet in the cache, it is first populated. On a modern Linux system, Cached can easily be several gigabytes. It will shrink only in response to memory pressure. The system will purge the page cache along with swapping data out to disk to make available more memory as needed.

Buffers are in-memory block I/O buffers. They are relatively short-lived. Prior to Linux kernel version 2.4, Linux had separate page and buffer caches. Since 2.4, the page and buffer cache are unified and Buffers is raw disk blocks not represented in the page cache—i.e., not file data. The Buffers metric is thus of minimal importance. On most systems, Buffers is often only tens of megabytes. 

Linux共享内存

共享内存是进程间通信中最简单的方式之一。共享内存允许两个或更多进程访问同一块内存，就如同 malloc() 函数向不同进程返回了指向同一个物理内存区域的指针。当一个进程改变了这块地址中的内容的时候，其它进程都会察觉到这个。其实所谓共享内存，就是多个进程间共同地使用同一段物理内存空间，它是通过将同一段物理内存映射到不同进程的虚拟空间来实现的。由于映射到不同进程的虚拟空间中，不同进程可以直接使用，不需要像消息队列那样进行复制，所以共享内存的效率很高。共享内存可以通过mmap()映射普通文件机制来实现，也可以System V共享内存机制来实现，System V是通过映射特殊文件系统shm中的文件实现进程间的共享内存通信，也就是说每个共享内存区域对应特殊文件系统shm中的一个文件。

另外，我们还必须了解RSS、PSS、USS等相关概念：

• VSS – Virtual Set Size 虚拟耗用内存（包含共享库占用的内存）
• RSS – Resident Set Size 实际使用物理内存（包含共享库占用的内存）
• PSS – Proportional Set Size 实际使用的物理内存（比例分配共享库占用的内存）
• USS – Unique Set Size 进程独自占用的物理内存（不包含共享库占用的内存）

RSS（Resident set size），使用top命令可以查询到，是最常用的内存指标，表示进程占用的物理内存大小。但是，将各进程的RSS值相加，通常会超出整个系统的内存消耗，这是因为RSS中包含了各进程间共享的内存。

PSS（Proportional set size）所有使用某共享库的程序均分该共享库占用的内存时，每个进程占用的内存。显然所有进程的PSS之和就是系统的内存使用量。它会更准确一些，它将共享内存的大小进行平均后，再分摊到各进程上去。 

USS(Unique set size )进程独自占用的内存，它是PSS中自己的部分，它只计算了进程独自占用的内存大小，不包含任何共享的部分。 

所以下面介绍的命令，有些查看进程的虚拟内存使用，有些是查看进程的RSS或实际物理内存。在讲述的时候，我们会标注这些信息。

top命令查看

执行top命令后，执行SHIFT +F ，可以选择按某列排序，例如选择n后，就会按字段%MEM排序

当然也可以使用shift+m 或大写键M 让top命令按字段%MEM来排序，当然你也可以按VIRT（虚拟内存）、SWAP（进程使用的SWAP空间）、RES(实际使用物理内存,当然这里由于涉及共享内存缘故，你看到的实际内存非常大)

%MEM — Memory usage (RES) 

A task’s currently used share of available physical memory

VIRT — virtual memory

The total amount of virtual memory used by the task. It includes all code, data and shared libraries plus pages that have been swapped out. (Note: you can define the STATSIZE=1 environment variable and the VIRT will be calculated from the /proc/#/state VmSize field.)

VIRT = SWAP + RES

SWAP — Swapped size (kb)

The swapped out portion of a task’s total virtual memory image.

RES — Resident size (kb) 

RES = CODE + DATA.

是否有人会觉得奇怪，为什么%MEM这一列的值加起来会大于100呢？ 这个是因为这里计算的时候包含了共享内存的缘故，另外由于共享内存的缘故，你看到进程使用VIRT或RES都非常高。由于大部分的物理内存通常在多个应用程序之间共享，名为实际使用物理内存（RSS，对应top命令里面的RES）的这个标准的内存耗用衡量指标会大大高估内存耗用情况。

ps命令查看

使用ps命令找出占用内存资源最多的20个进程（数量可以任意设置）

# ps aux | head -1;ps aux |grep -v PID |sort -rn -k +4 | head -20
USER       PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
oracle   32147 11.0 51.2 13252080 12666320 ?   Rs   Aug24 163:16 ora_s000_SCM2
oracle   32149 14.2 50.9 13250344 12594264 ?   Ss   Aug24 210:41 ora_s001_SCM2
oracle   32153  4.2 49.6 13250820 12279432 ?   Ss   Aug24  62:27 ora_s003_SCM2
oracle   32155  2.5 48.6 13250268 12040732 ?   Ss   Aug24  38:21 ora_s004_SCM2
oracle   32157  1.2 44.5 13250296 11011708 ?   Ss   Aug24  18:31 ora_s005_SCM2
oracle   32151  2.7 39.7 13350436 9829944 ?    Ss   Aug24  41:18 ora_s002_SCM2
oracle   32159  0.5 38.9 13250704 9625764 ?    Ss   Aug24   8:18 ora_s006_SCM2
oracle   32161  0.2 26.3 13250668 6507244 ?    Ss   Aug24   3:38 ora_s007_SCM2
oracle   32129  0.0 25.5 13299084 6324644 ?    Ss   Aug24   1:25 ora_dbw0_SCM2
oracle   32181  0.0 15.8 13250152 3913260 ?    Ss   Aug24   0:56 ora_s017_SCM2
oracle   32145  2.7 15.3 13255256 3786456 ?    Ss   Aug24  40:11 ora_d000_SCM2
oracle   32127  0.0 15.2 13248996 3762860 ?    Ss   Aug24   0:05 ora_mman_SCM2
oracle   32163  0.0 14.2 13250108 3525160 ?    Ss   Aug24   1:04 ora_s008_SCM2
oracle   32165  0.0  8.1 13250172 2007704 ?    Ss   Aug24   0:37 ora_s009_SCM2
oracle   32169  0.0  6.6 13250060 1656864 ?    Ss   Aug24   0:08 ora_s011_SCM2
oracle   32177  0.0  6.0 13250148 1498760 ?    Ss   Aug24   0:12 ora_s015_SCM2
oracle   32187  0.0  5.1 13250084 1267384 ?    Ss   Aug24   0:06 ora_s020_SCM2
oracle   32179  0.0  5.1 13250584 1280156 ?    Ss   Aug24   0:05 ora_s016_SCM2
oracle   32167  0.0  5.0 13250060 1248668 ?    Ss   Aug24   0:08 ora_s010_SCM2
oracle   32175  0.0  3.4 13250596 857380 ?     Ss   Aug24   0:03 ora_s014_SCM2

#ps -eo pmem,pcpu,rss,vsize,args | sort -k 1 -n -r | less

查看进程占用的实际物理内存（与smem看到实际物理内存大小有出入，这里解释一下：SIZE: 进程使用的地址空间, 如果进程映射了100M的内存, 进程的地址空间将报告为100M内存. 事实上, 这个大小不是一个程序实际使用的内存数. 所以这里看到的内存跟smem看到的大小有出入）

ps -eo size,pid,user,command --sort -size | awk '{ hr=$1/1024 ; printf("%13.2f Mb ",hr) } { for ( x=4 ; x<=NF ; x++ ) { printf("%s ",$x) } print "" }' |cut -d "" -f2 | cut -d "-" -f1

ps aux | awk '{print $6/1024 " MB\t\t" $11}' | sort -n

smem命令查看

关于smem命令，这里不做介绍，直接参考链接 Linux监控工具介绍系列——smem

#smem -rs pss

pmap命令查看

# ps -ef | grep tomcat
# pmap 32341

# pmap -x 32341

The -x option can be used to provide information about the memory allocation and mapping types per mapping. The amount of resident, non-shared anonymous, and locked memory is shown for each mapping。

python脚本查看

网上有个python脚本计算程序或进程的内存使用情况，地址位于https://raw.githubusercontent.com/pixelb/ps_mem/master/ps_mem.py

python ps_mem.py

[root@mylnx03 ~]# python ps_mem.py -h
Usage: ps_mem [OPTION]...
Show program core memory usage
 
  -h, -help                   Show this help
  -p <pid>[,pid2,...pidN]     Only show memory usage PIDs in the specified list
  -s, --split-args            Show and separate by, all command line arguments
  -t, --total                 Show only the total value
  -d, --discriminate-by-pid   Show by process rather than by program
  -S, --swap                  Show swap information
  -w <N>                      Measure and show process memory every N seconds
[root@mylnx03 ~]# python ps_mem.py  -p 32341
 Private  +   Shared  =  RAM used       Program
 
411.2 MiB + 184.0 KiB = 411.4 MiB       java
---------------------------------
                        411.4 MiB
=================================

参考资料：

• https://stackoverflow.com/questions/131303/how-to-measure-actual-memory-usage-of-an-application-or-process
• http://www.cnblogs.com/kerrycode/p/5079319.html
• https://raw.githubusercontent.com/pixelb/ps_mem/master/ps_mem.py

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